Question

硅光電池是一種可將光能轉換為電能的器件．某同學用左所示電路探究硅光電池的路端電壓U與總電流I的關系．圖中R為已知定值電阻，電壓表視為理想電壓表．

（1）請根據題電路圖，用筆畫線代替導線將圖中的實驗器材連接成實驗電路．
（2）若電壓表V₂的讀數為U，則I=______．
（3）實驗一：用一定強度的光照射硅光電池，調節滑動變阻器，通過測量得到該電池的U-I 曲線a，如圖．由此可知電池內阻______（填“是”或“不是”）常數，短路電流為______mA，電動勢為______V．
（4）實驗二：減小實驗一中光的強度，重復實驗，測得U-I曲線b，如圖．當滑動變阻器的電阻為某值時，若實驗一中的路端電壓為1.5V．則實驗二中外電路消耗的電功率為______mW（計算結果保留兩位有效數字）．

Answer 1

【答案】分析：（1）已知原理圖，則由原理圖先連接R與電源，再將電壓表依次并入；
（2）R為定值電阻，故由歐姆定律可求得電路中的電流；
（3）由圖象及公式可知圖象的斜率表示電池內阻，由內阻的斜率變化可知是否為常數；圖象與橫坐標的交點為短路電流；圖象與縱坐標的交點為電源的電動勢；
（4）由于外電阻為線性元件，故可由實驗一做出其伏安特性曲線，圖象與b的交點為實驗二中的狀態，讀出電流和電壓可求得電功率．
解答：解：（1）由原理圖可得出電路的連接方式，則按實物圖的連接方法將各元件相連即可，注意導線不能交叉，導線要接在接線柱上；如下圖所示；

（2）由歐姆定律可知，流過R0的電流I=；
（3）路端電壓U=E-Ir，若r為常數、則U-I圖為一條不過原點的直線，由曲線a可知電池內阻不是常數；當U=0時的電流為短路電流、約為295μA=0.295mA；當電流I=0時路端電壓等于電源電動勢E、約為2.67V；
（4）實驗一中的路端電壓為U₁=1.5V時電路中電流為I₁=0.21mA，連接a中點（0.21mA、1.5V）和坐標原點，此直線為此時對應滑動變阻器阻值的外電路電阻（定值電阻）的U-I圖，和圖線b的交點為實驗二中的路端電壓和電路電流，如右圖，電流和電壓分別為I=97μA、U=0.7V，則外電路消耗功率為P=UI=0.068 mW．
故答案為：（1）如上圖
（2）
（3）不是，0.295（0.293-0.297），2.67（2.64-2.70），
（4）0.065（0.060-0.070）
點評：本題為探究性實驗，難點在第四問中，要注意通過讀題找出兩次實驗中的關系，從而找出正確的方法；注意由于不符合線性關系，不能用歐姆定律求解．